B ff τ v τ N n τ r A r τ n N i?, s
I a .- Procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos, tales como residuos de origen animal procedentes de mataderos, granjas y mercados, de procesos industriales relacionados con alimentos de consumo humano, de empresas curtidoras, formados principalmente por tejido keratinoso, conectivo y muscular, caracterizado porque tras una etapa de adecuación de esta materia prima consistente en el desengrasado y triturado, es sometida a biohidrólisis por incubación con cepas bacterianas, en condiciones de digestión controladas por medio de las enzimas segregadas por estas, con agitación, a presión atmosférica y en ambiente aerobio o anaerobio, dependiendo de las bacterias utilizadas.
2 a .- Procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos, según reivindicación I a , caracterizado porque las bacterias utilizadas en dicho procedimientos son del tipo Bacϊllus subtillis y E. CoIi, debido a la facilidad de expresión proteica de estas cepas.
3 a .- Procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las enzimas segregadas por las bacterias que actúan en la biohidrólisis son principalmente keratinasas, elastasas, colagenasas, lipasas y proteasas de amplio espectro.
4 a .- Procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura a la que se lleva a cabo el proceso de incubación o digestión de los residuos cárnicos está comprendida entre los 30 y 45 0 C.
5 a .- Producto obtenido mediante el procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos, de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consiste en un producto hidrolizado de consistencia líquida, compuesto fundamentalmente por aminoácidos y péptid l<os con propiedades bioestimulantes para el tratamiento de cultivos.
6 a .- Producto obtenido, según reivindicación 5 a , caracterizado porque dichos productos hidrolizados poseen altos contenidos de aminoácidos azufrados, lo que es fundamental para su utilización en plantas y suelos por su efecto bioestimulante y biopesticida. |
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Ώ F S C R T P C T ó N
OBJETO DE LA INVENCIóN
La presente invención se refiere a un procesamiento biotecnológico de residuos cárnicos categoría C según se estipula en la European Regulation
EC No 1774/2002 of the European Parliament and of the Council of 3 October
2002 para transformar los subproductos cárnicos procedentes de mataderos y plantas de procesado y desengrasado mediante un tratamiento biotecnológico basado en un cocktail de enzimas proteasas. Con este procedimiento se pretende obtener enmiendas orgánicas (aminoácidos y péptidos) con efecto bioestimulante y biocontrol de uso en plantas y suelos.
El objeto de la invención es, por tanto, proporcionar un nuevo método técnicamente viable y económicamente rentable para el tratamiento biotecnológico por biohidrolización de los citados subproductos cárnicos. El invento se basa en el empleo de proteasas animales y vegetales (subtilisinas, keratinasas, papaina, trombina, entre otras). Las proteasas, que son sobreexpresadas por bacterias transformadas genéticamente, son liberadas en el medio de crecimiento donde se añade el subproducto cárnico desengrasado y desnaturalizado. Los enzimas proteoliticos son secretados al medio de crecimiento en un estado inactivo. Posteriormente, mediante autodigestión y7o cambio de pH del medio, los enzimas son activados para que comience el proceso de biohidrólisis de los subproductos cárnicos.
La presente invención también se refiere al producto obtenido, un
complejo de aminoácidos y péptidos con alto contenido en azufre, que formulado en las cantidades requeridas para cada planta y/o suelo está indicado para ser como potenciador del crecimiento vegetal (Bioestimulante) y como pesticida biológico (biocontrol).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN
En la actualidad existe un tipo de residuos de origen animal, procedentes de la industria cárnica, mataderos, etc., cuya gestión constituye un problema y un coste para las empresas generadoras de estos residuos.
Entre este tipo de residuos de origen animal clasificados como categoría 3 se puede hacer las siguientes distinciones:
a) Residuos de origen animal procedente de mataderos que son rechazados para consumo humano el que no están afectados por ningún tipo de enfermedad transmisible a humanos o animales de acuerdo a la legislación comunitaria.
b) Residuos animales procedentes de procesos industriales relacionados con alimentos de consumo humano incluyendo el desengrasado de huesos.
c) Pieles, uñas y cuernos de origen animal procedente de mataderos, después del ser inspeccionados y considerados aptos por la autoridad sanitaria competente de acuerdo a la legislación comunitaria.
Los residuos animales clasificados en (a) y (b) son comúnmente llamados carnazas. Los residuos clasificados en (c) son conocidos como
residuos ricos en queratinas.
El tratamiento de estos residuos, carnazas y desechos ricos en queratinas (cerdas, uñas y plumas), se lleva a cabo en la actualidad mediante diversos sistemas físicos y químicos que conlleva a la destrucción total o parcial de estos residuos, con el inconveniente de que no se obtiene un rendimiento económico satisfactorio.
Alguno de estos métodos o soluciones para acabar con estos residuos son la incineración, asimilación de los residuos en hornos de cementeras, enterramientos, transformación en compostage, producción de biogas o almacenamiento en vertederos controlados.
Existen tratamientos para la eliminación de residuos cárnicos, especialmente cadáveres de animales. Dicho procedimiento consiste en el tratamiento físico y biológico de los materiales a eliminar en forma de una fermentación anaerobia controlada en fase líquida. Pero este sistema presenta limitaciones puesto que la hidrólisis de los productos cárnicos se lleva a cabo utilizando un activador (alginato sódico integral) el cual genera concentraciones salinas que interfieren en el uso del producto final. Además el tipo de materia prima utilizado son cadáveres de animales en general, sin hacer ningún tipo de especificación sobre características de la materia prima.
También es conocido un procedimiento para la transformación de los productos de curtición, conocidos como carnazas de desecho. En dicho proceso la hidrólisis de los productos cárnicos se lleva a cabo utilizando ácidos de origen mineral que no han sido especificados. Es de esperar que en estos casos se utilizaran ácidos clasificados como fuertes (HCl, H2SO4, HNO3)).
La utilización de ácidos fuertes para la hidrólisis de residuos cárnicos genera un producto final ácido (pH 1-2) el cual ha de ser neutralizado mediante bases fuertes (NaOH/KOH) produciendo como resultado final de grandes cantidades de sales del tipo Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , las cuales son de incompatibles con la utilización del producto final como abono agrícola o como enmienda para plantas y suelos.
Por otro lado, la problemática de utilización de pesticidas para uso agrícola sigue provocando un gran rechazo tanto a nivel social, político y medioambiental. Las soluciones propuestas hasta la fecha no sustituyen los pesticidas actuales además de no haber demostrado tener beneficios:
- utilización de productos vegetales modificados genéticamente (transgénicos);
- utilización de sistemas de atracción sexual de insectos basados en feromonas para atraer insectos a focos donde son eliminados o para producir confusión entre ellos y dificultar su encuentro y reproducción. DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN
El procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en los distintos aspectos comentados.
El procedimiento objeto de la invención consiste en el tratamiento de los ya mencionados subproductos cárnicos procedentes de mataderos, de procesos industriales relacionados con los alimentos de consumo humano, empresas curtidoras, etc., que primero son debidamente desengrasados hasta contener un 10% máximo de materia grasa. Los subproductos son triturados y desnaturalizados a 3 bares de presión y 20 min a una temperatura de 133 0 C según indica la normativa europea European Regulation EC No 1774/2002 of
the European Parliament and of the Council of 3 October 2002. El resultado es un subproducto pulverizado, desnaturalizado y esterilizado idóneo para su posterior biohidrólisis.
Tras este proceso de adecuación de la materia prima, ésta es sometida al procedimiento de biohidrólisis que la invención propone. Dicho proceso de biohidrólisis se lleva a cabo mediante la incubación de los residuos cárnicos con bacterias previamente transformadas genéticamente con DNA que codifican para proteasas animales y vegetales. Los enzimas son clonados en vectores de expresión idóneos para cada tipo de bacteria utilizada
(B. Subtilis o E. CoIi), Los DNAs de las proteasas seleccionadas son insertados en sus respectivos vectores de expresión utilizado la forma proenzima necesaria en la mayoría de los procesos de secreción bacteriana. Los proenzimas secretados al medio de crecimiento de las bacterias, son activados o bien mediante cambio de pH del medio o bien mediante autoactivación por autoproteolisis.
Los enzimas secretados al medio, generalmente actuando en cóctel de proteasas (2 o más), son los encargados de biohidrolizar los subproductos cárnicos en condiciones aerobias, con agitación continua, a presión atmosférica y a una temperatura comprendida entre 30 y 45° C.
Junto con el cóctel de protesasas se utilizan lipasas que transforman el 10% de grasas existentes en el medio de cultivo y que impiden obtener mayores rendimientos de transformación.
La utilización de bacterias de tipo B, subtilis y E. coli transformadas permite la expresión de proteínas, esencialmente mediante vectores de expresión de proteínas específicos, dando lugar a la producción y secreción de las enzimas anteriormente citadas: proteasas, elastasas,
colagenasas, keratinasas y lipasas, en el entrono donde crecen las bacterias lo que conlleva a la digestión de los residuos cárnicos, transformándolos en un hidrolizado compuesto fundamentalmente por aminoácidos y péptidos.
Como resultado de la biohidrólisis, por tanto, se obtiene un producto hidrolizado de consistencia líquida, o sólida sin han sido liofilizados, que es colectado para su posterior utilización como enmienda orgánica para el tratamiento de suelos y de plantas.
Las enmiendas orgánicas son productos de alto valor añadido que son rentables económicamente tanto si su efecto es bioestimulante y en mayor medida si su efecto es biocontrol y puede actuar como biopesticida. Este hecho hace que el presente invento permita la implantación del proceso a nivel industrial.
Las enmiendas orgánicas, se caracterizan por ser un producto enriquecido en aminoácidos y péptidos solubles con propiedades bioestimulantes para su uso en cultivos de plantas. Los hidrolizados poseen altos contenidos de aminoácidos azufrados debido al uso de keratina como uno de los residuos originales muy enriquecidos en uñas, pelos, cuernos y piel.
La presencia de altos contenidos en aminoácidos azufrados como cisterna o sus derivados en el hidrolizado es fundamental para su utilización en plantas y suelos ya que estos aminoácidos poseen un efecto bioestimulante y biocontrol (biopesticida) que puede ser utilizado en suelos y en plantas en sustitución de los pesticidas actuales.
EJEMPLO DE REALIZACIóN DE LA INVENCIóN
En un ejemplo de realización del procedimiento biotecnológico para el tratamiento de residuos cárnicos de la presente invención, se parte de residuos cárnicos procedentes fundamentalmente de empresas curtidoras, mataderos, granjas y mercados.
Esta materia prima posee gran cantidad de proteínas y en menor medida lípidos. Los lípidos han de ser eliminados previamente para que no interfieran en el proceso posterior de hidrolizado. El material de partida una vez desengrasado es triturado de acuerdo a la normativa actual según se describe en la siguiente tabla:
Una vez que se obtiene este tipo de residuo perfectamente desengrasado y triturado se somete al procedimiento de biohidrólisis propiamente dicho.
De forma más concreta, el residuo cárnico es sometido a un proceso de incubación o digestión con cepas bacterianas transformadas con vectores de expresión de proteínas. Dichas cepas bacterias son Bacülus Subtillis y E. CoIi debido a la facilidad de expresión de proteínas de estas bacterias y de su transformación con genomas que codifican para proteasas, lipasas y elastasas.
La incubación se lleva a cabo en birreactores semisólidos con
agitación continua, en condiciones aerobias o anaerobias, a presión atmosférica y a una temperatura 30- 45° C. El inoculo de las bacterias comienza entonces a producir enzimas como proteasas (subtilisina, papaina, trombina, etc), y lipasas que van hidrolizando los residuos cárnicos hasta convertirlos en las porciones básicas de las proteínas: aminoácidos y péptidos.
La digestión de la materia cárnica se realiza por la acción de estas enzimas sobre sus substratos, rompiendo las cadenas de proteínas y lípidos, transformándolos en un hidrolizado compuesto fundamentalmente por aminoácidos y péptidos.
Debido a la procedencia del material y a su enriquecimiento en azufre al poseer gran cantidad del aminoácido cisterna presente en tejidos ricos en keratina, (pelo, uñas, cuernos o plumas), el hidrolizado resultante tiene unas propiedades dobles: por un lado efecto bioestimulante y por otro efecto de biocontrol y biopesticida.
Esto repercute positivamente en el crecimiento de las plantas, en el tratamiento de suelos y en el control de plagas al actuar como insecticida, fungicida y/o herbicida.